韩谷雨

(扬州市矿务局振兴煤矿,贵州省黔西南州,562300)

振兴煤矿高位钻孔瓦斯抽采实践

韩谷雨

(扬州市矿务局振兴煤矿,贵州省黔西南州,562300)

针对振兴煤矿在1501采面倾斜上山回采期间出现瓦斯超限导致瓦斯燃烧的事故,采取了高位钻孔抽采裂隙带瓦斯、埋管抽采采空区深部瓦斯等综合治理瓦斯措施,结果表明,采空区的瓦斯大部分都通过抽采孔而排出,工作面上隅角的瓦斯浓度降低到了0.5%以下,回风流的瓦斯浓度一直在0.3%左右。

倾斜长壁采煤法 高位钻孔 瓦斯抽采 裂隙带

TD712.6

B

1 工作面概况

黔西南州兴仁县振兴煤矿是高瓦斯矿井,采用倾斜长壁上山回采方式。工作面倾斜长度580 m,面长156 m。工作面浅部为瓦斯风化带,瓦斯较低;深部为瓦斯带,瓦斯较高。工作面所采煤层为M5煤层,煤厚为2.2～3.7 m,平均3.08 m,平均倾角10°左右,为缓倾斜中厚煤层,M5煤层瓦斯含量为12.89 m3/t。上部为M4煤层,煤厚1.02 m,层间距30.4 m;下部为M6煤层,层间距为15.3 m。在巷道掘进过程中,发现褶曲发育,小断层较多,且有一底臌。

在巷道掘进期间,当1501运输巷掘进到350 m位置时遇到了地质构造带,煤层变软瓦斯突增,炮后瓦斯浓度高达10%以上,突出指标K1值都在临界值以上,前后共发生两次瓦斯动力现象。回采初期,工作面回风流瓦斯浓度为0.5%,上隅角瓦斯浓度为0.7%,瓦斯的抽采纯量大致在1～3 m3/min,尽管回采期间采取了一些措施,如增加风量、减小本煤层的抽采半径、采空区侧采用挡风帘、降低采煤机运行速度等,但1501工作面仍发生了瓦斯燃烧事故。

2 理论分析

经分析,瓦斯燃烧事故发生的主要原因有:未开采保护层;煤层透气性差,预抽时间太短,仅有2个月左右,本煤层预抽效果不理想;高低负压抽采浓度低,抽采效果差。对此,提出了高位钻孔抽采空区裂隙带高浓度瓦斯措施,同时加大埋管深度以抽采采空区深部瓦斯,以期达到控制采空区瓦斯浓度的目的。

2.1 采空区上覆岩层垮落规律

岩层移动及其特征理论表明,采用长壁垮落采煤法,当采深为采高的25倍或以上时,上覆岩层移动、变形和破坏可分为垮落带、断裂带和弯曲下沉带,见图1。垮落带位于覆岩层的最下部。垮落带的高度视覆岩性质不同一般为采高的3～5倍。垮落带靠近切顶线都有较大的空隙,便于风流移动,漏风压可以带动采空区积聚的瓦斯向上隅角积聚,上隅角切顶线以外积聚的瓦斯,如果上面有高于风流负压的高负压抽采,会大大减少随风压进入工作面上隅角瓦斯。断裂带位于垮落带之上,根据覆岩岩性的不同,断裂带与垮落带的总高度一般为采高的9～35倍。由于断裂带受漏风负压的影响较小,易于积聚高浓度的瓦斯。因此实施高位钻孔抽采,抽采空区裂隙带瓦斯,可以大大提高抽采效果。

图1 采空区顶板“三带”划分

2.2 采空区瓦斯分布规律

采空区气流流动与瓦斯分布规律表明,工作面上覆岩层垮落后在采空区形成多孔介质充填体,各处煤与矸石压实程度差异较大,各处的风压变化很大,因此采空区各点的气体流速相差很大。在矿井负压的作用下,距采面较远处,采空区瓦斯由于受压差的作用,一部分会向回风中运移,直到流入回风巷随风流带走。还有一部分瓦斯,特别是采空区深部的瓦斯不能克服摩擦阻力,因而不向回风巷运移,或者运移速度相当慢。

图2 采空区瓦斯分布图

在靠近工作面侧的采空区内,采面风流有一部分漏入采空区,并从回风侧返回回风巷,漏风大小与工作面供风量大小和工作面通风方式有关。通过对工作面采空区瓦斯浓度测定,得出了采空区瓦斯浓度分布、运移及涌出规律,见图2。

经分析采空区瓦斯主要来源于残留煤炭和邻近煤层部分瓦斯解吸后,通过裂隙涌入采空区,在通风负压的作用下,一部分瓦斯将涌向工作面及其上隅角并具有如下规律。

(1)随着工作面向前推进,采空区冒落煤岩体的空隙由外向内逐渐减少,风流的流动阻力逐渐增大,故漏风量降低,瓦斯浓度增大;当距工作面位置达到35 m后,瓦斯浓度增长缓慢,最终在一定的瓦斯浓度下趋于稳定。

(2)工作面瓦斯浓度自工作面的进风侧至回风侧逐渐增大,这是由于工作面煤壁、采落煤炭和部分采空区瓦斯涌入工作面所致。

(3)进风侧部分新鲜风流流入采空区,该风流在通风负压的作用下携带采空区瓦斯向上隅角方向移动,从而使进风侧采空区瓦斯浓度增加缓慢而回风侧增加迅速。

研究表明实施采空区埋管抽采采空区深部瓦斯,可以提高抽采深度,效果较好。

3 瓦斯抽采措施

3.1 高位钻孔抽采

采用高位钻孔抽采采空区瓦斯,具体方法为沿工作面的倾斜方向在轨道巷每隔60 m布置1个钻场,钻场布置在煤层上方顶板中,每个钻场向工作面布置9～16个直径为75 mm钻孔,每个钻孔长度为80～100 m,终孔位置在工作面上方20～30 m的冒落带和裂隙带内,见图3。

图3 高位钻场抽采示意图

3.2 采空区预埋抽采管

减少工作面风量,将风量控制在1100 m3/min,在工作面两巷每隔5 m施工一道黄泥墙,减少采空区漏风负压。轨道巷中预埋抽采管路,管径ø400 mm,每隔30 m设置1个低负压抽采硐室,接支管至顶部,待抽采硐室进入采空区黄泥墙中开始实施支管抽采,确保能抽到高浓度瓦斯。

此外,严格瓦斯管理,工作面每班必须安排两名专职瓦斯员,一名负责在采煤机回风侧上方10 m处检查瓦斯,一名负责检查上隅角及回风流瓦斯,工作面采煤机司机必须控制好割煤速度,服从瓦斯员的管理,割煤过程中发现回风侧的瓦斯浓度超过0.6%时,立即停止采煤机割煤,及时通知回风巷道内作业人员停止工作,现场进行处理,并汇报矿调度室和通风科值班室。

4 结语

在实施高位钻孔抽采裂隙带瓦斯、采空区埋管抽采空区深部瓦斯等针对性瓦斯综合治理措施后,工作面的瓦斯浓度明显降低,采空区瓦斯大部分通过抽采孔排出,工作面上隅角的瓦斯浓度降低到0.5%以下,回风流的瓦斯浓度在0.3%左右,完全符合《煤矿安全规程》的要求,高位钻孔内抽采的瓦斯浓度最高达78%,每个高位钻场瓦斯抽采纯量为6～15 m3/min,达到了预期的效果,保证了工作面的正常回采,该工作面已安全回采7个月,出煤量为25万t,无瓦斯超限现象,取得了良好的社会效益和经济效益。

Application of gas drainage by high-position drilling to Zhenxing Coal Mine

Han Guyu
(Zhenxing Coal Mine,Yangzhou Mining Bureau,Qianxi’nan,Guizhou 562300,China)

Aiming at the coal burning accident caused by gas content over limit during excavating and mining inclined seam of No.1501 working face in Zhenxing coal mine,the comprehensive control measures,such as gas drainage by high-position drilling in fractured zone and by buried pipe in goaf,were adopted.The results showed that most of gas in goaf was drained from boreholes.The gas concentration in the upper corner of working face decreased to below 0.5%and that in return air was always kept at 0.3%.

inclined longwall mining,high-position drilling,gas drainage,fractured zone

韩谷雨(1966-),男,江苏江都人,高级工程师,硕士,现任扬州市矿务局黔西南州兴仁县振兴煤矿矿长。

(责任编辑 梁子荣)